Das humane Immundefizienz Virus (HIV) ist ein Retrovirus das hauptsächlich T-Helferzellen des Immunsystems befällt und nach einer Latenzzeit von ca. 7 Jahren zum Ausbruch von AIDS (erworbenes Immundefizienz Syndrom) führt. Mit der Hemmung des Enzyms HIV Protease wird der letzte Schritt des viralen Entwicklungszyklus, die Reifung von neu gebildeten viralen Partikeln, blockiert und diese verlieren die Fähigkeit andere Zellen zu infizieren. HIV Protease Hemmer sind ein wichtiger Bestandteil der HAART (hoch aktive antiretrovirale Therapie), die die Viruslast im Patienten unter der Nachweisgrenze halten kann und den Infizierten ein nahezu normales Leben ermöglicht.
Ziel der vorliegenden Diplomarbeit war es mit einem de novo Design Programm neue potentielle HIV Protease Hemmer zu generieren, diese zu synthetisieren und dann auf ihre Aktivität gegen die Protease zu testen.
Das de novo Design Programm DOGS (Design of Genuine Structures) wurde in der Arbeitsgruppe von Professor Gisbert Schneider entwickelt und zählt zu den ligandenbasierten de novo Design Programmen. Als Referenzligand, nach dessen Vorbild neue Moleküle generiert werden sollten, wurde Amprenavir ausgewählt.
Die 856 von DOGS generierten Moleküle wurden anhand ihres Molekülgewichtes und ihres SlogP (berechneter Logarithmus des Octanol-/Wasserkoeffizienten) aussortiert und auf eine kleinere Auswahl reduziert. Die 204 kleinsten Moleküle wurden mit Hilfe des Programmes GOLD (Genetic Optimization for Ligand Docking) in die Bindetasche der HIV Protease gedockt. Danach wurden anhand des GOLD-Scores und der Interaktion mit der Bindetasche 6 Moleküle ausgewählt, die synthetisiert werden sollten.
Für 3 Moleküle gelang die vorgeschlagene Synthese und diese wurden nach ihrer Aufreinigung an der HIV Protease getestet.
Dazu wurde ein FRET (Förster Resonanz Energie Transfer) Assay verwendet. Die 3 verschiedenen Testläufe mit unterschiedlichen Bedingungen ergaben widersprüchliche Werte. Es konnte keine klare Aussage über die Aktivität der Moleküle getroffen werden. Eine externe Testung bestätigte, dass die 3 Moleküle nicht gegen HIV Protease aktiv sind.
Weiterführende Untersuchungen wie die Synthese, Derivatisierung und Testung anderer Moleküle aus dem Pool von neu generierten Stukturen könnten aber durchaus zu aktiven Verbindungen gegen die HIV Protease führen.

HIV is a retrovirus that primary attacks the CD4+ T-lymphocytes of the immune system. After a latency time of about 7 years it usually causes AIDS (Acquired immunodeficiency syndrome). By inhibiting the enzyme HIV protease the maturation of new viral particles as the last step of the viral life cycle is blocked and the immature viral particles can no longer infect further cells in the organism. Therefore HIV protease inhibitors play an important role in the highly active antiretroviral therapy (HAART). They help to keep the viral load under the detection level and allow a nearly normal life for the infected patients.
The aim of the present diploma thesis was to generate new HIV protease inhibitors using the novel de novo design software DOGS (Design of genuine structures) which was developed in the workgroup of professor Gisbert Schneider at ETH Zürich. Further we wanted to synthesize the molecules and test their activity against HIV protease.
The as the reference ligand for the software Amprenavir was chosen. Subsequently 856 unique molecules were generated by DOGS. They were sorted by their molecular weight and the SlogP (logarithm of the calculated octanol/water coefficient). The subset of the 204 smallest molecules were docked into the protein binding pocket with the software GOLD (genetic optimization for ligand docking). Then the molecules were sorted by their GOLD-Scores. The ligand interactions with the protease were also considered to chose 6 molecules to be synthesized.
Three of the these molecules could be synthesized and later tested for their activity against the HIV protease. Therefore a FRET (Förster resonance energy transfer) assay was used. In three different test runs with varied conditions contradicting results were obtained. It was decided to send the substances to an external company to test them and they were all tested inactive against the HIV protease.
It is still possible to find active molecules against HIV protease in the pool of newly generated structures, but therefore more molecules have to be synthesized, modified and tested.